(57)【要約】【課題】陰極先端の周囲の真空度を高真空度にて正確に管理することができる電界放出型電子銃及びその駆動方法を提供する。【解決手段】初期減衰期間を測定することによって、陰極先端の周囲の真空度が十分に高いか否かを判定する。陰極先端の周囲の真空度が十分に高い場合には、電界放出を行い、安定期間に電子ビームを使用する。陰極先端の周囲の真空度が十分に高くない場合には、ベーキングを実施し、陰極先端の周囲の真空度を更に高くする。【選択図】図４
2010033833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界放出型陰極と、前記電界放出型陰極から放出された電子を引き出す引き出し電極と、内部が真空に排気された真空容器と、前記真空容器を真空排気するためのイオンポンプと、前記真空容器に巻かれたベーキングヒータと、を有し、
前記真空容器を真空排気した後に前記ベーキングヒータによってベーキングを行い、更に、前記陰極のフラッシングを実施してから、前記陰極より電子線を引き出すように構成された電界放出型電子銃装置において、
電界放出電流の初期減衰時間を測定し、該初期減衰時間が所定の時間より短い場合には、前記ベーキング、及び、前記フラッシングを繰り返すことを特徴とする電界放出型電子銃装置。
【請求項２】
請求項１記載の電界放出型電子銃装置において、
前記初期減衰時間は、前記陰極からの放出電流の値が、前記電子線の引き出しを開始した時の放出電流の値の所定の％となるまでの時間であることを特徴とする電界放出型電子銃装置。
【請求項３】
請求項１記載の電界放出型電子銃装置において、
更にファラデーカップと微小電流検出計を設け、
前記初期減衰時間の測定は、前記ファラデーカップと前記微小電流検出計を用いて電界放出電流の経時変化を求めることによって行うことを特徴とする電界放出型電子銃装置。
【請求項４】
請求項１記載の電界放出型電子銃装置において、
前記初期減衰時間が２０分より短い場合には、前記ベーキング、及び、前記フラッシングを繰り返すことを特徴とする電界放出型電子銃装置。
【請求項５】
請求項１記載の電界放出型電子銃装置において、
前記ベーキングステップの後で且つ前記フラッシングステップの前に、前記イオンポンプのイオン電流を測定することによって、前記真空容器の真空度を測定し、前記真空容器の真空度が所定の真空度より低い場合には、前記ベーキングステップを繰り返すことを特徴とする電界放出型電子銃装置。
【請求項６】
請求項５記載の電界放出型電子銃装置において、
前記所定の真空度は、圧力が1*10E-7Paの真空度であることを特徴とする電界放出型電子銃装置。
【請求項７】
電界放出型陰極、引き出し電極、及び、真空容器を有する電界放出型電子銃の駆動方法において、
前記真空容器を真空排気するステップと、
前記真空容器をベーキングするベーキングステップと、
前記陰極のフラッシングを実施するフラッシングステップと、
前記陰極より電子線を引き出す電界放出ステップと、
前記陰極からの電界放出電流を測定し、初期減衰時間を測定する初期減衰時間測定ステップと、
前記初期減衰時間が所定の時間より短い否かを判定する判定ステップと、
前記初期減衰時間が所定の時間より短い場合には、前記ベーキングステップ、前記フラッシングステップ、前記電界放出ステップ、前記初期減衰時間測定ステップ、及び、前記判定ステップを繰り返すことを特徴とする電界放出型電子銃の駆動方法。
【請求項８】
請求項７記載の電界放出型電子銃の駆動方法において、
前記初期減衰時間は、前記電界放出ステップにて、前記陰極からの放出電流の値が、前記電子線の引き出しを開始した時の放出電流の値の所定の％となるまでの時間であることを特徴とする電界放出型電子銃の駆動方法。
【請求項９】
請求項７記載の電界放出型電子銃の駆動方法において、
前記判定ステップは、前記初期減衰時間が２０分より短いか否かを判定することを特徴とする電界放出型電子銃の駆動方法。
【請求項１０】
請求項７記載の電界放出型電子銃の駆動方法において、
前記初期減衰時間測定ステップにおける前記初期減衰時間の測定は、ファラデーカップと微小電流検出計を用いて電界放出電流の経時変化を求めることによって行うことを特徴とする電界放出型電子銃の駆動方法。
【請求項１１】
請求項７記載の電界放出型電子銃の駆動方法において、
前記ベーキングステップの後に且つ前記フラッシングステップの前に、
前記真空容器の真空度を測定するステップと、
前記真空度測定ステップにて前記真空容器の真空度が所定の真空度より低い場合には、前記ベーキングステップを繰り返すことを特徴とする電界放出型電子銃の駆動方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の電界放出型電子銃の駆動方法において、
前記所定の真空度は、圧力が1*10E-7Paの真空度であることを特徴とする電界放出型電子銃の駆動方法。
【請求項１３】
電界放出型陰極を備えた電界放出型電子銃を収納し、外側に巻かれたバーキングヒータを有し、イオンポンプに接続された真空容器の真空度を測定する方法において、
前記真空容器を真空排気し、所定の真空度に保持する真空排気ステップと、
前記所定の真空度毎に、前記電界放出型陰極から放出される電界放出電流の経時変化を測定する電界放出電流測定ステップと、
前記電界放出電流の経時変化の測定結果より、前記所定の真空度毎に、前記電界放出電流の初期減衰時間を測定する初期減衰時間測定ステップと、
前記所定の真空度毎の前記電界放出電流の初期減衰時間から、初期減衰時間と真空度の関係を求めるステップと、
前記陰極より電子線を引き出す電界放出ステップと、
前記陰極からの電界放出電流を測定し、初期減衰時間を測定する初期減衰時間測定ステップと、
前記初期減衰時間と真空度の関係から、前記初期減衰時間測定ステップにて測定した初期減衰時間に対応する真空度を読み取る真空度読取りステップと、
を有することを特徴とする真空容器の真空度を測定する方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の真空容器の真空度を測定する方法において、
前記真空度読取りステップにて、前記真空度が所定の真空度より低いと判定されたとき、
前記真空容器をベーキングするベーキングステップと、
を実行することを特徴とする真空容器の真空度を測定する方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の真空容器の真空度を測定する方法において、
前記所定の真空度は、圧力が1*10E-7Paの真空度であることを特徴とする真空容器の真空度を測定する方法。
【請求項１６】
請求項１３記載の真空容器の真空度を測定する方法において、
前記真空排気ステップと前記電界放出電流測定ステップの間に、前記陰極のフラッシングを実施するフラッシングステップを設けることを特徴とする真空容器の真空度を測定する方法。
【請求項１７】
請求項１３記載の真空容器の真空度を測定する方法において、
前記初期減衰時間は、前記電界放出ステップにて、前記陰極からの放出電流の値が、前記電子線の引き出しを開始した時の放出電流の値の所定の％となるまでの時間であることを特徴とする真空容器の真空度を測定する方法。
【請求項１８】
請求項１３記載の真空容器の真空度を測定する方法において、
前記電界放出電流測定ステップにおける電界放出電流の測定は、前記イオンポンプのイオン電流を検出することにより、行うことを特徴とする真空容器の真空度を測定する方法。
【請求項１９】
請求項１３記載の真空容器の真空度を測定する方法において、
前記初期減衰時間測定ステップにおける前記初期減衰時間の測定は、ファラデーカップと微小電流検出計を用いて電界放出電流の経時変化を求めることによって行うことを特徴とする真空容器の真空度を測定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出型電子銃装置に関し、特に、その駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界放出型電子銃では、放出電流は時間と共に変化する。初期減衰期間では、放出電流は減少し、次の安定期間では、放出電流が安定する。通常、この安定期間にて、電子ビームを使用する。安定期間が経過すると、不安定期間となり、放出電流は次第に増加し、変動する。
【０００３】
特許文献１には、放出電流が一定となるように引き出し電圧を制御する例が記載されている。特許文献２には、真空度の変化と電界放出電流の比が所定値を超えたときに、保護回路によって陽極及び陰極に印加する電圧を遮断することが記載されている。特許文献２の例では、ポンプの動作電流の変化を用いて真空度の変化を測定する。特許文献３には、真空室の真空度が設定値より悪化すると、荷電粒子線発生手段への通電を停止することが記載されている。特許文献３の例では、イオンポンプの駆動電流をモニタリングすることにより、真空度を検出する。特許文献４には、引き出し電圧の変化に基づいて電界放射エミッタの状態を判断し、フラッシングを自動的に実施することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１４４６６３号公報
【特許文献２】特公昭５９−４８２６号公報
【特許文献３】特開平０３−７１５４４号公報
【特許文献４】特２００２−２０８３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電界放出型電子銃では、安定期間を長時間確保することが好ましい。長時間の安定期間を確保するためには、陰極先端付近の真空度を高真空に維持する必要があることが知られている。通常の電子銃では、構造上の理由から、陰極先端の周囲に真空計を設けることができない。従って、陰極先端の周囲の真空度を正確に管理することができない。
【０００６】
電界放出型電子銃では、イオンポンプが用いられる。イオンポンプでは、イオン電流を検出することによって、真空度、即ち、圧力を測定する。現在用いられているイオンポンプの検出限界は、1*10E-7Paである。これ以下の圧力の検出は、外乱などの影響のため、正確性に欠ける。安定期間を長時間確保するためには、1*10E-7Pa以下の圧力が要求される。即ち、エミッション電流を安定的に使用するためには、電界放出型陰極先端の周囲の圧力を1*10E-7Pa以下に保持することが必要不可欠である。
【０００７】
従って、従来の電界放出型電子銃では、電界放出型陰極先端の周囲が高真空になるように管理することができなかった。
【０００８】
本発明の目的は、陰極先端の周囲の真空度を高真空度にて正確に管理することができる電界放出型電子銃及びその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によると、初期減衰期間は、陰極先端の周囲の真空度に依存することを利用する。初期減衰期間を測定することによって、陰極先端の周囲の真空度が十分に高いか否かを判定する。陰極先端の周囲の真空度が十分に高い場合には、電界放出を行い、安定期間に電子ビームを使用する。陰極先端の周囲の真空度が十分に高くない場合には、ベーキングを実施し、陰極先端の周囲の真空度を更に高くする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、陰極先端の周囲の真空度を正確に管理することができる電界放出型電子銃及びその駆動方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照して本発明による電界放出型電子銃の例を説明する。本例の電界放出型電子銃は、陰極１１、及び、引き出し電極１２を有し、真空容器１内に配置されている。真空容器１内は、1*10E-7Pa以下の超高真空に保持されている。真空容器１の外側には、引き出し電極用の電圧電源１０１、フラッシング電源１０２、及び、放出電流検出回路１０３が設けられている。
【００１２】
陰極１１は、0.1μｍの先端曲率を有する、タングステン＜310＞単結晶を有する。陰極１１の先端に強い電界を印加すると、トンネル効果により、電子線１１ａが引き出され、引き出し電極１２によって引き出される。
【００１３】
フラッシング電源１０２は、陰極にフラッシング用の電圧を供給する。フラッシングは、陰極の先端を加熱することにより、陰極の先端をクリーニングする処理であり、電子銃の使用前と、所定の期間が経過した後に、実行する。放出電流検出回路１０３は、陰極１１から放出される電界放出電流、即ち、エミッション電流を検出する。
【００１４】
図２を参照して、図１の電界放出型電子銃の構成の詳細を説明する。電界放出型電子銃は、電界放出陰極（CFE陰極）１１、引き出し電極１２、加速電極１３、コンデンサレンズ１４、第１及び第２のイオンポンプ２５、２６を有する。
【００１５】
加速電極１３の上側には、第１の真空室２１が形成され、加速電極１３の下側には、第２の真空室２２が形成されている。第１及び第２の真空室２１、２２の間は、加速電極１３の孔１３ａによって接続されている。第１及び第２のイオンポンプ２５、２６は、それぞれ第１及び第２の真空室２１、２２に接続されている。電界放出陰極１１及び引き出し電極１２は、第１の真空室２１内に配置され、コンデンサレンズ１４は、第２の真空室２２内に配置されている。
【００１６】
尚、図示していないが、第２の真空室２２の下には更に第３の真空室が設けられている。第２の真空室２２と第３の真空室の間は、小さな絞り２２ａによって接続されている。この絞り２２ａには、開閉可能なバルブ２３が設けられている。
【００１７】
電界放出陰極１１に強い電界を印加すると、トンネル効果により電子線が真空中に放出される。電子線は、加速電極１３によって加速され、引き出し電極１２によって引き出され、コンデンサレンズ１４によって収束される。
【００１８】
プローブ電流を測定する場合には、ファラディカップ１７に到達した電子線を、微少電流検出計１８によって検出する。
【００１９】
ここで、電界放出型電子銃の真空度について説明する。第１及び第２の真空室２１、２２は、それぞれ、第１及び第２のイオンポンプ２５、２６によって真空排気される。イオンポンプでは、イオン電流を検出することによって、真空度、即ち、圧力を測定する。現在用いられているイオンポンプの検出限界は、1*10E-7Paである。これ以下の圧力の検出は、外乱などの影響のため、正確性に欠ける。第１及び第２のイオンポンプ２５、２６は、1*10E-7Paが目標値であり、それより高い真空度（低圧力）を管理することができない。通常、第１の真空室２１の圧力は、第１のイオンポンプ２５によって、1*10E-7Pa以下に保持され、第２の真空室２２の圧力は、第２のイオンポンプ２６によって1*10E-6Pa以下に保持され、第３の真空室の圧力は、1*10E-3Pa以下に保持される。
【００２０】
しかしながら、エミッション電流の安定性のためには、1*10E-7Pa以下の圧力が要求される。即ち、エミッション電流を安定的に使用するためには、電界放出陰極１１の周囲の圧力を1*10E-7Pa以下に保持することが必要不可欠である。
【００２１】
図示のように、第１のイオンポンプ２５は、電界放出陰極１１より離れており、その間に、多くの壁が存在する。例えば、第１の真空室２１において、電界放出陰極１１は、引き出し電極１２によって囲まれている。このような構造は、電界放出陰極１１の周囲の真空排気に対してコンダクタンスを減少させるように作用する。
【００２２】
図３を参照して、陰極から放出される電流、即ち、エミッション電流を説明する。真空容器内を真空排気し、フラッシングを行い、陰極先端を清浄化する。図３は、フラッシングの後のエミッション電流の変化を示す。エミッション電流は、初期減衰期間、安定期間及び不安定期間の３つの期間を経過しながら、変化する。初期減衰期間では、陰極先端の表面にて、真空中の残留ガスの化学吸着が起きる。それによって、タングステンの＜310＞結晶の放出面の仕事関数が増大し放出電流が減衰する。モノレイヤ(単分子層)の吸着が完了すると、仕事関数は変化しなくなる。そこで、初期減衰期間から安定期間になる。安定期間では、安定度の良い放出電流が得られる。即ち、エミッション電流は、変動が少ない略一定の値を維持する。通常、安定期間にて、電子ビームを使用する。更に時間が経過すると、放出電流は少しずつ増加し、変動が大きくなる。これは、真空中の残留ガスの物理吸着が起きることによる。こうして安定期間から不安定期間に変わる。不安定期間では、最後は真空放電が起き、陰極が損傷される。
【００２３】
そこで、通常、不安定期間に入る前に再度フラッシングを実施する。それによって、陰極先端を清浄化する。再度、初期減衰期間が経過し、安定期間になると、電子ビームを用いる。このように、フラッシングを繰り返すことにより、安定期間を繰返し生成することができる。
【００２４】
電子ビームを使用する装置では、安定期間が長いほうがよい。安定期間の長さは、真空度、残留ガス分子の種類、真空容器内の構造、その他の様々の条件によって変化する。そこで、本願発明者は、陰極先端付近の真空度に着目した。即ち、陰極先端の周囲又は付近が高真空であれば、安定期間は比較的長く続く。従って、本願発明者は、陰極先端の周囲又は付近が高真空になってから、電界放出型電子銃の電流放出を行えば、安定期間が長くなると考えた。
【００２５】
図１及び図２に示したように、通常の電界放出型電子銃では、陰極先端の周囲に真空計を設けることは困難である。従って、通常の電界放出型電子銃では、陰極先端の周囲の真空度を測定することはできない。そこで本願の発明者は、真空計を設けることなく、陰極先端の周囲の真空度を測定する方法を考え出した。本願の発明者は、初期減衰期間に着目した。それを以下に説明する。
【００２６】
図４を参照して本発明による電界放出型電子銃の例を説明する。本例の電界放出型電子銃は、陰極１１と、それに対して対向して設けられた引き出し電極１２と、を有し、これらは超高真空容器１内に配置されている。陰極１１は、先端の曲率が0.1μｍのタングステン＜310＞単結晶からなる。陰極１１と引き出し電極１２は真空室２１内に配置されている。
【００２７】
超高真空容器１には、イオンポンプ２５が設けられている。また、バルブ２７を介して、ターボ分子ポンプ２８が設けられている。ターボ分子ポンプ２８には、ドライポンプ２９が接続されている。超高真空容器１及びイオンポンプ２５の外側にはベーキングヒータ３１が巻かれている。ドライポンプ２９及びターボ分子ポンプ２８は、真空容器１の粗引き排気を行うために用いる。イオンポンプ２５は、真空容器１の超高真空排気を行うために用いる。ベーキングヒータ３１を用いて長時間の高温ベーキングを実施することにより、真空容器１内の真空度を1*10E-7Pa以下の超高真空度にすることができる。
【００２８】
本例の電界放出型電子銃には、制御部１０４が接続されている。制御部１０４は、陰極１１及び引き出し電極１２に印加する電圧を制御し、フラッシングを行い、電界放出電流、即ち、エミッション電流を検出する機能を有する。更に、制御部１０４には、初期減衰期間と陰極１１付近の真空度の関係を記憶する。
【００２９】
更に、本例の電界放出型電子銃では、陰極１１の近傍に真空ゲージ３３を設け、陰極１１の近傍の真空度を測定することができるよう構成されている。また、本例の電界放出型電子銃では、超高真空容器１にバリアブルリークバルブ３４を介して高純度水素ガスタンク３５が接続されている。通常の電界放出型電子銃には、このような真空ゲージ３３、バリアブルリークバルブ３４及び高純度水素ガスタンク３５は設けられていない。本例の電界放出型電子銃では、以下に説明するように、初期減衰期間と陰極１１付近の真空度の関係を求めるために、このような設備を特別に設けたものである。
【００３０】
圧力が1*10E-7Paの超高真空雰囲気における残留ガス分子の数は約2600万個/cm3である。残留ガス分子の殆どが水素であることが知られている。初期減衰期間では、水素ガス分子が、陰極表面に吸着し、仕事関数を増大させる。それにより、放出電流が減衰する。吸着確率は、残留ガスの分子量に比例する。従って、初期減衰期間は、残留ガスの分子量に依存する。残留ガスの分子量が大きければ、吸着確率が高く、仕事関数は迅速に増加する。従って初期減衰期間は短い。残留ガスの分子量が小さければ、吸着確率が低く、仕事関数はゆっくりと増加する。従って初期減衰期間は長い。
【００３１】
即ち、陰極１１の近傍の真空度が高いほど、初期減衰期間は長く、陰極１１の近傍の真空度が低いほど、初期減衰期間は短い。従って、初期減衰期間、又は、電界放出電流の初期減衰率を測定することによって、陰極１１の近傍の真空度が判る。即ち、初期減衰期間、又は、電界放出電流の初期減衰率を測定することによって、陰極１１の近傍の真空度を間接的に測定することができる。
【００３２】
初期減衰期間は、フラッシング直後に電界放出を開始し、それから安定期間が開始するまでの時間である。ここでは、電界放出電流の値が、フラッシング直後の値の30％まで減衰するまで時間を測定する。以下に、放出電流が、電界放出の開始時の電流値の30％まで減衰するまでの時間を初期減衰期間と呼ぶこととする。フラッシング直後の放出電流が10μAであったとする。それを真空度の基準値とする。そこから、放出電流が3μA（30％まで減衰）になるまでの時間を測定する。それがｔ１秒であったとする。フラッシング直後の放出電流が30％まで減衰するまでの時間が、ｔ１秒より大きい場合には、真空度が基準値より高い、即ち、圧力は低いと判定する。フラッシング直後の放出電流が30％まで減衰するまでの経過時間が、ｔ１秒小さい場合には、真空度が基準値より低い、即ち、圧力が高い判定する。
【００３３】
以下に、本発明によると、初期減衰期間と、陰極１１の近傍の真空度の関係を予め求める。こうして、初期減衰期間と、陰極１１の近傍の真空度の関係が既知であれば、初期減衰期間を測定することにより、陰極１１の近傍の真空度が正確に求められる。
【００３４】
以下に、本例の電界放出型電子銃では初期減衰期間と、陰極１１の近傍の真空度の関係を測定する方法を説明する。
【００３５】
先ず、ドライポンプ２９及びターボ分子ポンプ２８によって、真空容器１の粗引き排気を行う。次に、ベーキングヒータ３１によって、長時間の高温ベーキングを実施し、イオンポンプ２５によって、真空容器１を超高真空排気する。真空容器１内の真空度は、真空ゲージ３３によって測定する。真空容器内の圧力が1*10E-7Pa以下になったら、陰極１１のフラッシングを実施する。フラッシングの後、直ちに、引き出し電圧１２に引き出し電圧を印加し、電界放出電流を経過時間と共に記録する。電界放出電流は、図２に示したように、ファラディカップ１７と微少電流検出計１８によって検出する。
【００３６】
図５は、図４の装置を用いて電界放出電流を測定した結果を示す図である。縦軸は、電界放出電流、横軸は、時間である。このグラフは、図３のグラフの初期減衰期間の部分に相当する。測定結果によると、引き出し電圧３．５ｋVのとき、最初は、11.3μAのエミッション電流が得られた。エミッション電流は、時間経過と共に、減衰した。エミッション電流が、当初の11.3μAの30％、即ち、約3.4μAまで減衰する時間（τ30）は４２分（２５２０秒）であった。
【００３７】
次に、バリアブルリークバルブ３４を開き水素ガスを導入する。圧力が1*10E-7Paとなって安定したら、フラッシングを行い、その直後に、引き出し電圧３．５ｋVを印加し、放出電流を記憶する。図５と同様の減衰曲線を得る。同様に、エミッション電流が、当初の30％まで減衰する時間、即ち、初期減衰期間を測定する。更に、バリアブルリークバルブ３４を開き水素ガスのリーク量を増加させて、真空度を低下させて、減衰期間を測定する。こうして、圧力が2*10E-7Pa、5*10E-7Pa、及び、10*10E-7Paにおいて、図５と同様の減衰曲線を得る。これらの減衰曲線より、減衰期間を測定した。その結果を図６に示す。
【００３８】
図６は、初期減衰期間と陰極先端付近の真空度の関係を示す。横軸は圧力、縦軸は初期減衰期間である。横軸と縦軸は、目盛りは対数である。上述のように初期減数期間は、エミッション電流が、当初の30％まで減衰する時間（τ30）である。図示の対数表示グラフにて示すように、真空度（圧力）と初期減衰期間は、対数グラフ上にて、直線的に変化する。即ち、対数グラフ上にて、真空度を高くすると、即ち、圧力を低くすると、初期減衰期間が長くなる。これは、上述のように、真空度を高くすると、残留ガス分子に起因した化学吸着が起きにくくなることによる。図示のグラフで、破線は、イオンポンプのイオン電流の検出限界1*10E-7Pa以下の圧力範囲を示す。このグラフから、初期減衰期間を測定することにより、陰極先端付近の圧力、即ち、真空度を検出することができる。即ち、初期減衰期間を測定することにより、陰極先端付近の真空度を直接測定することなく、間接的に測定することができる。ちなみに、超高真空容器の到達真空度（水素ガスをリークする前）は減衰時間が2520秒であった。これは、約0.11*10E-7Paの真空度であることが分かる（黒丸で図示する）。
【００３９】
本発明によると、初期減衰期間を測定することによって、陰極先端付近の真空度を検出し、圧力が1*10E-7Paより大きかったら、フラッシングと電流放出を繰り返す。圧力が1*10E-7Pa以下になったら、安定期間にて電子ビームを使用する。
【００４０】
図７Ａ及び図７Ｂは、走査型電子顕微鏡装置Ａ、Ｂにおける安定期間のプローブ電流（電界放出電流）をそれぞれ示す。横軸は経過時間、縦軸がプローブ電流である。図７Ａ及び図７Ｂは、安定期間におけるプローブ電流の拡大図である。図７Ａの走査型電子顕微鏡装置Ａの場合、初期減衰期間はτ30＝10分であった。これは、図６の初期減衰期間と真空度の関係から真空度を読むと、圧力0.4*10E-7Paとなる。図７Ｂの走査型電子顕微鏡装置Bの場合、τ30＝25分であった。これは、図６の初期減衰期間と真空度の関係から真空度を読むと、圧力0.2*10E-7Paとなる。また、図７Ａの走査型電子顕微鏡装置Ａの場合、プローブ電流の変動量（ノイズ）は１７％であった。図７Ｂの走査型電子顕微鏡装置Bの場合、プローブ電流の変動量（ノイズ）は３％であった。従って、装置Ｂの真空度のほうが装置Ａの真空度より高く、且つ、装置Ａに比べ、装置Bではプローブ電流が極めてよい安定度が得られていることが分かる。
【００４１】
本願発明者は、他の様々装置について、初期減衰期間とプローブ電流（電界放出電流）の関係を調べた結果、初期減衰期間が20分以上のとき、プローブ電流は極めて安定的であることが判明した。また、初期減衰期間が20分以下の場合、プローブ電流の安定度が悪く、電界放出のノイズは多くなることが判明した。このことから、初期減衰期間τ30が、20分以下の場合、真空度の不十分であり、更なる真空度の向上策が必要となる。
【００４２】
一般的に、真空度を向上するには、電子銃のベーキングを繰り返すか、又は、ベーキングを長時間実施すればよい。即ち、初期減衰期間が20分以下の場合、電子銃に巻かれたベーキングヒータを自動的に作動させると、電子銃の真空容器の真空度を向上させることができる。
【００４３】
図７Ａの走査型電子顕微鏡装置Ａの場合、初期減衰期間τ30が、20分より短い。従って、図７Ａの走査型電子顕微鏡装置Ａの場合、更なるベーキングによって、初期減衰期間を向上させることが必要である。図７Ｂの走査型電子顕微鏡装置Bの場合、初期減衰期間τ30が、20分より長い。従って、必要な真空度を有すると判断できる。
【００４４】
図８を参照して、電子銃において、CFE陰極を交換作業の例を説明する。電子銃では、CFE陰極が破損し、又は、寿命となると、新しいCFE陰極に交換する。この交換作業を以下に説明する。ここでは、電子銃の構造は特に限定しないが、図４に示したように、ベーキング用のヒータが真空容器及びイオンポンプに巻かれているものとする。
【００４５】
ステップＳ１０１にて、電子銃の真空容器を大気圧に開放し、新しいCFE陰極に交換する。ステップＳ１０２にて、真空容器を真空排気する。先ず、真空容器の粗引き排気を行い、次に、イオンポンプによって真空容器の超高真空排気を行う。真空容器の真空度が所定の高さになったら、ステップＳ１０３にて、ベーキングを行う。即ち、超高真空排気を行いながら、電子銃に巻かれたベーキングヒータを動作させベーキングを実施する。ベーキング温度及び時間は任意である。即ち、予め設定された値を用いてもよいが、可変であってよい。ベーキングが終了すると、電子銃が常温になるのを待つ。ステップＳ１０４にて、イオンポンプのイオン電流から、圧力が1*10Ｅ-7Pa以下となっているか否かを判定する。上述のように、イオンポンプの検出限界は、1*10E-7Paである。従って、圧力が1*10Ｅ-7Pa以下であるか否かは判定可能である。
【００４６】
1*10Ｅ-7Pa以下であれば次のステップステップＳ１０５に進み、1*10Ｅ-7Paより大きければ、ステップＳ１０３に戻り、ベーキングを実施する。これを、1*10Ｅ-7Pa以下になるまで繰り返す。1*10Ｅ-7Pa以下になったらステップＳ１０５に進む。
【００４７】
ステップＳ１０５にて、陰極のフラッシングを実施する。ステップＳ１０６にて、陰極１１の先端に電界を印加し、電子線を引き出す。電子ビームが生成されると、電界全放出電流を時間と共に記録する。それによって、図５に示した電界放出電流の減衰曲線を得る。減衰曲線より、初期減衰期間、即ち、フラッシング直後の電界全放出電流の30％まで減衰する時間τ30を測定する。
【００４８】
ステップＳ１０７にて、初期減衰期間τ30が20分より大きいか否かを判定する。20分より大きい場合には、陰極先端の周囲の真空度が十分であり、安定的な電界放出電流が得られると判断し、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８にて、電子ビームを使用する。初期減衰期間τ30が20分以下である場合には、陰極先端の周囲の真空度が十分でなく、安定的な電界放出電流が得られないと判断し、ステップＳ１０３に戻る。ステップＳ１０３にて、再度ベーキングを実施する。こうして、本例では、初期減衰期間τ30が20分以下になるまで、ステップＳ１０３のベーキングを繰り返す。従って、電子ビームを使用するときは、初期減衰期間τ30が20分以下となっている。
【００４９】
図８の処理は、コンピュータを用いて容易に自動化することができる。ここでは、CFE陰極を交換する場合を説明したが、電子銃の使用中に、随時、図８のステップＳ１０３から１０８の処理を実施してもよい。それによって、プローブ電流の高安定化を計ることができる。
【００５０】
従来、フラッシングは８時間毎に実施する必要があった。しかしながら、本願発明者の実績によると、初期減衰期間τ30が20分の場合、２日間はフラッシングを行うこと無しに、安定的にプローブ電流を得ることができることが判明した。更に、真空度を高め、初期減衰期間τ30が40分、60分、80分の場合、4日間、6日間、10日間、フラッシングを行うこと無しに、安定的にプローブ電流を得ることができると推定できる。尚、実際には真空度を高くすると、残留ガスの質が変化し、フラッシングを行うこと無しに安定的にプローブ電流を使用できる期間は、もっと延びる。
【００５１】
以上のように、本発明によると、電界放出型電子銃を備えた真空容器の真空度を管理することができる。即ち、本発明によると、電界放出型電子銃を用いて真空容器の真空度を管理することができる。本発明によると、真空容器に電界放出型電子銃を設けることによって、真空容器の真空度を管理することができる。従って、本発明は、電界放出型電子銃を用いた真空容器の真空度を管理する技術を含む。
【００５２】
本発明は、電界放出型電子銃を備えた真空容器を有する電子線装置に適用可能であるが、それに、限定されるものではなく、電界放出型電子銃を備えた真空容器を有する装置であれば、どのような装置にも適用可能である。更に、本発明は、電界放出型電子銃を設けることが可能な他の超高真空装置にも適用可能である。
【００５３】
以上本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者であれば容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明による電界放出型電子銃の概略構造の例を説明する図である。
【図２】本発明による電界放出型電子銃の構成の詳細を説明する図である。
【図３】電界放出型電子銃におけるエミッション電流の経時変化を示す図である。
【図４】本発明による電界放出型電子銃の例を説明する図である。
【図５】本発明による電界放出型電子銃を用いて電界放出電流を測定した結果を示す図である。
【図６】初期減衰期間と陰極先端付近の真空度の関係を示す図である。
【図７Ａ】走査型電子顕微鏡装置における安定期間のプローブ電流（電界放出電流）の変化を示す図である。
【図７Ｂ】走査型電子顕微鏡装置における安定期間のプローブ電流（電界放出電流）の変化を示す図である。
【図８】電子銃において、CFE陰極を交換作業の例を説明する図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…真空容器、２…真空容器内側、３…真空容器外側、１１…電界放出陰極（CFE陰極）、１１ａ…電子線、１２…引き出し電極、１３…加速電極、１４…コンデンサレンズ、１７…ファラディカップ、１８…微少電流検出計、２１、２２…真空室、２２ａ…絞り、２５、２６…イオンポンプ、２７…メインバルブ、２８…ターボ分子ポンプ、２９…ドライポンプ、３１…ベーキングヒータ、３３…超高真空ゲージ、３４…バリアブルリークバルブ、３５…高純度水素ガス、１０２…フラッシング電源、１０３…放出電流検出回路、１０４…制御部（PCを含む）
【図１】
2010033833.tif 000003
【図２】
2010033833.tif 000004
【図３】
2010033833.tif 000005
【図４】
2010033833.tif 000006
【図５】
2010033833.tif 000007
【図６】
2010033833.tif 000008
【図７Ａ】
2010033833.tif 000009
【図７Ｂ】
2010033833.tif 000010
【図８】
2010033833.tif 000011